Повреждения днк спонтанные и индуцированные. Процессы репарации днк и их возможные последствия. Мутации. Роль мутаций в эволюции и возникновении наследуемых заболеваний. Понятие о генной терапии.

Повреждение структуры ДНК

Ошибки при репликации, то есть встраивание некомплементарных оснований тут же исправляются репаративными системами

В репаративную систему входят:

- белки-ферменты узнающие ошибку

- белки- ферменты разрезающие в этом месте цепочку

- ДНК-полимеразы достраивающие нить

- ДНК-лигазы (сшивающие нить) завершающие репарацию

Нарушения комплементарности цепей ДНК могут происходить спонтанно, т.е. без участия каких-либо повреждающих факторов, например в результате ошибок репликации, дезаминирования нуклеотидов, депуринизации.

Индуцированные повреждения ДНК между репликациями могут возникать под действием УФ, рентгеновского излучения, химических агентов и свободных радикалов /При таких повреждениях репаративные системы могут быть не состоятельны, изменения ДНК сохраняются – образуются мутации/

Мутации (от лат. mutatio - изменение), внезапные (скачкообразные) естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала (генома), приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

/мутации являются материалом для естественного отбора// мутации в ДНК половых клеток вызывают наследственные заболевания/

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ- это лечение болезней путем введения пациенту здоровых ГЕНОВ вместо недостающих или поврежденных. Первый раз человека подвергли такому лечению в США в 1990 г./ Здоровый ген вводят в какой-нибудь вирус (обычно переносчик легко поддающейся лечению инфекции) так, чтобы он был непосредственно нацелен на поврежденные клетки./

Регуляция клеточного цикла и репликации. Роль циклинов и белка Р53.

Регуляция репликации

Длительность фаз клеточного цикла различна у различных типов клеток (более 200 видов) G1-G0- фаза покоя, при этом некоторые клетки не могут перейти в S-фазу (репликации) (нейроны, миоциты)

Основным фактором, который включает, замедляет, восстанавливает репликацию в S-фазу клеточного цикла, а также регулирует прохождение клеток по другим фазам клеточного цикла является повреждение ДНК и мутации.

В каждой фазе клеточного цикла осуществляется контроль структуры ДНК и если в ней находятся ошибки – прохождение клетки по клеточному циклу затормаживается, а если ошибка не исправляется – цикл останавливается.

Главную роль в регуляции клеточного цикла и репликации играет белок р53.

/синтезируется во многих клетках с гена р53 ^является «молекулярным полицейским», который улавливает, узнает ошибки в первичной структуре ДНК/

При обнаружении ошибок, белок р53 предпринимает следующие действия:

- активирует ферменты репаративной системы

- разрушает циклины, отдаляя время репликации

- если ошибки не устранены – запускается апопптоз (в любой из фаз клеточного цикла) р53 запускает синтез каспаз и ДНКаз, которые разрушают белки и ДНК, что приводит к смерти клетки (физиологической)

/р53 активирует биосинтез белков семейства bax (активаторы каспаз)/

р53 активирует биосинтез белка fаs/аро1 – трансмембранный гликопротеид, который появляется в мембране клетки при запускании апоптоза (в норме его нет) и выполняет рецепторную роль для макрофагов, с целью фагоцитоза

/р53 ингибирует биосинтез белка bcl-2 (ингибитор каспаз)./

Но сам ген кодирующий белок р53 может мутировать:

- утрачивается контроль за структурой ДНК

- апоптоз не включается

- происходит без контрольное деление клеток с поврежденной ДНК

- такие нарушения лежат в основе развития рака

9.Апоптоз. Физиологическая роль, механизмы развития. Роль белка Р53, последствия мутаций в гене р53. Биохимические основы противоопухолевой терапии, значение лабораторного определения маркеров апоптоза.

Апоптоз – процесс естественной смерти клетки, морфологически проявляется прогрессирующей фрагментацией клеточных компонентов, включая ДНК

Происходит гидролитический распад белков под действием протеаз, называемых каспазами и распад ДНК с помощью ДНКаз [Эти ферменты не находятся в лизосомах, в отличии процессов, происходящих при некрозе, где работают лизосомальные ферменты]

Апоптоз –физиологический процесс, активирующийся не только у мутагенных клеток, но также активируется у высокоспециализированных клеток

/Например у клеток, формирующих иммунный ответ организма, при воспалении, после устранения патогена, у лейкоцитов активируется аппоптоз./

Но сам ген кодирующий белок р53 может мутировать:

- утрачивается контроль за структурой ДНК

- апоптоз не включается

- происходит без контрольное деление клеток с поврежденной ДНК

- такие нарушения лежат в основе развития рака

Стратегия противоопухолевой терапии – активация апоптоза опухолевых клеток. Это достигается путем радиоактивного облучения, химического воздействия (химиотерапия)

В настоящее время в клинико-диагностических лабораториях можно оценить экспрессию генов в опухолевых клетках методом люминесцентной микроскопии, с целью оценки эффективности противоопухолевой терапии:

- р53,

- fаs/аро1,

- bcl-2

Если терапия корректна, то в опухолевых клетках повышается экспрессия генов р53 и fаs/аро1 и супрессируется ген bcl-2

Транскрипция. Основные элементы транскриптона. Компоненты, необходимые для транскриции. Механизм и биологическое значение транскрипции.

Транскрипция – перенос генетической информации от ДНК к мРНК /переписывание генетической информации в виде последовательности дезокрибонуклеотидов в последовательность рибонуклеотидов/

Биологическое значение – синтез мРНК, которая выполняет роль матрицы для синтеза полипептида (белка) [При транскрипции переписывается не весь геном, а лишь некоторый участок ДНК, называемый геном]

Транскриптон - участок матричной ДНК, с которой происходит процесс переписывания, то есть транскрипция /Состоит из нескольких участков

Промотор – участок ДНК, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза

Оператор - участок ДНК, к которому присоединяются различные белки, регулирующие скорость транскрипции

Терминатор - стоп сигнал, завершающий транскрипцию./

3 этапа транскрипции:

- инициация

- элонгация

- терминация

Инициация транскрипции / Распознается большая бороздка ДНК =РНК-полимераза находит промотор в ДНК и взаимодействует с ним =ДНК на этом участке начинает плавиться (расплетаются нити ДНК) = Промотор содержит пары А-Т, поэтому плавится достаточно легко/

Элонгация транскрипции (синтез РНК) / для элонгации необходимо:рибонуклеотиды, служащие субстратом и источником энергии для этого процесса;фермент ДНК-зависимая –РНК- полимераза;в процессе элонгации мононуклеотиды во вновь синтезированной цепи РНК строго комплементарны мононуклеотидам матричной ДНК/

Терминация транскрипции / достижение РНК-полимеразы стоп-сигнала и отсоединение синтезированной РНК/

Созревание и процессинг мРНК

- При синтезе мРНК транскрибируется ДНК, в которую входят участки информационные и ненесущие информации, причем их до 90%

- После транскрипции участки РНК ненесущие информацию, называемые интронами вырезаются

- Остаются только информативные участки РНК

- Из ядра в цитоплазму выходит созревшая РНК.

Генетический код. Свойства генетического кода, биологическое значение.

Генетический код – запись информации о первичной структуре белка (последовательности АК) в форме последовательности рибонуклеотидов в

м-РНК.

Свойства генетического кода

1)Специфичность – каждой аминокислоте соответствует триплет нуклеотидов

2)Триплетность – кодон состоит из 3-х нуклеотидов

3)Вырожденность – одной аминокислоте соответствует несколько кодонов

4)Непрерывность – между кодонами нет нуклеотидов, разделяющих их

5)Неперекрываемость - каждый нуклеотид входит в состав лишь одного кодона

6)Универсальность – у всех живых организмов одни и те же кодоны несут информацию об одних и тех же аминокислотах

7)Коллинеарность – соответствие линейной последовательности нуклеотидов в м-РНК линейной последовательности аминокислот в белке